Зав. кафедрой
профессор, д.т.н.________Ключко В.И.
ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование
Студенту: 01-КТ-21 группы 1 курса
факультета КТАС
специальности 2204
Воловикову О.П.
(ф.и.о. шифр)
Тема проекта: «Основные закономерности развития компьютерных систем»
Содержание задания: выявить основные тенденции и закономерности развития компьютерных систем (на основе их современного состояния)
Объем работы:
пояснительная записка к проекту: 23 листа формата А4
Рекомендуемая литература: Частиков А. П. История компьютера
Срок выполнения проекта: с "___"_________ по "___"________2001 г.
Срок защиты: "___"________2001 г.
Дата выдачи задания: "___"________2001 г.
Дата сдачи проекта на кафедру: "___"________2001 г.
Руководитель проекта: профессор, к.т.н., Частиков А.П.
Задание принял студент
(подпись, дата)
РЕФЕРАТ
«Основные закономерности развития компьютерных систем»
Автор: студент группы 01-КТ-21 Воловиков О.П.
Научный руководитель: профессор, к.т.н., Частиков А.П.
Объем работы: 23 л.
Кол-во иллюстраций: 1
Кол-во таблиц: 0
Кол-во источников: 5
Перечень ключевых слов: «компьютерные системы», «развитие компьютеров», «закономерность», «эволюция», «история», «тенденции», «аппаратные средства»
Основные характеристики работы:
Данная работа представляет собой результат небольшой исследовательской деятельности, целью которой является выявление основных закономерностей и тенденций, прослеживающихся в процессе более чем пятидесятилетнего развития компьютерных систем.
В процессе написания реферата использовались научно-популярные исследования (опубликованные в некоторых компьютерных журналах и web-изданиях) различных специалистов в области информационных технологий, а также данные, взятые из собственного опыта автора, причем упор делался на современное состояние рассматриваемой области. Приведенные утверждения иллюстрируются достаточным количеством ярких и понятных примеров.
Необходимо также отметить, что выявленные закономерности и тенденции не подтверждаются математическими выводами или какими-либо теориями, но их истинность основывается на многолетнем опыте развития информационных технологий, а также подтверждается аналитическими работами многих независимых исследователей.
СОДЕРЖАНИЕ
               1 Введение
2 Основная часть
2.1 Наследование основных принципов организации
2.2 Вещественно-энергетическая и информационная целостность
2.3 Повышение функциональной и структурной целостности КС
2.4 Наследование основных функций развивающихся систем
2.5 Адекватность функционально-структурной организации назначению системы
2.6 Взаимосвязь показателей качества компьютерных систем
2.7 Относительное и временное разрешение противоречий в КС
2.8 Аппаратные и программные решения
2.9 Совершенствование технологий создания КС, а также их преемственность
2.10 Падение стоимости на компьютеры
2.11 Будущие направления развития функций, реализуемых КС
3 Заключение
4 Список использованных источников
| 5 7 7 7 8 8 9 9 11 12 14 15 16 22 23 |
1 Введение
Первые вычислительные машины, разработанные к началу пятидесятых годов, получили название ЭВМ первого поколения. (Классификация по поколениям в основном относилась к технологии производства компонентов. Первое поколение - электронные лампы, второе - транзисторы, третье - микросхемы.) Тогда же формируются два основных направления в архитектуре цифровых вычислительных машин — мэйнфреймы (mainframes) и мини-ЭВМ. Последние появились в 1955–1956 гг. В числе фирм, которые сосредоточили свои усилия в этой области, можно выделить Burroughs (компьютер E-101), Bendix (G-15), Librascope (LGP-30). Принципиальным отличием первого поколения малых ЭВМ от современных «персоналок» является фиксированная конфигурация аппаратных средств. Управление внешними устройствами было централизованным, и подключить какое-либо новое оборудование было невозможно. Неудобство такого подхода очевидно, и в более поздних модификациях G-15 этот недостаток был устранен. Память на магнитном барабане не допускала расширения, и пользователь получал в свое распоряжение следующий ресурс: 220 12-разрядных десятичных слов у E-101; 2176 29-разрядных двоичных слов у G-15; 4096 32-разрядных двоичных слов у LGP-30. Из приведенных характеристик видно, что байтовый формат данных в пятидесятые годы еще не стал стандартом. Система команд LGP-30 включала в себя 16 команд, G-15 предоставляла программисту большие возможности (более 100 команд). Программирование зачастую велось непосредственно в машинных кодах.
Однако, говоря о вычислительной технике тех времен, необходимо вспомнить и о другом, совершенно не похожем на современные компьютеры принципе построения ЭВМ — аналоговом или аналого-цифровом. Средства вычислительной техники, использовавшиеся тогда в составе систем автоматики, были исключительно аналоговыми. Близость этих научных направлений усиливалась еще и тем, что проектирование аналоговых вычислительных машин опиралось на ту же теоретическую базу, что и проектирование систем управления. Устойчивость системы автоматического управления и сходимость вычислительного процесса в аналоговой машине были весьма схожи по своему описанию. Хотя сегодня аналоговая вычислительная техника как разновидность компьютеров и не существует, но методы решения задач, накопленные за достаточно длинную историю существования этих вычислительных машин, используются в оборудовании, основанном на применении процессоров цифровой обработки сигналов (ЦОС). Развитие же цифровых вычислительных машин, которые со временем получили славное имя компьютеры, начиная с пятидесятых годов неразрывно связано с разработкой программного обеспечения.
В данный исторический период существовали программисты, рассматривавшие средства автоматизации своего труда как инструмент для ленивых, портящий качество продукции — то есть прикладной программы. Нужно сказать, что в то время эти утверждения действительно подтверждались практикой, которая, как известно, является критерием истины. Так же, как аналоговые машины по многим показателям превосходили цифровые, так и программы, написанные непосредственно в машинных кодах, оказывались короче, чем результат трансляции программ, подготовленных с использованием алгоритмических языков. Таким образом, правильный путь в те годы определяла не практическая сметка, а способность предугадать прогресс в смежных областях. В духе времени можно было бы даже поставить марксистскую концепцию о роли практики в иронические кавычки, если бы и в Евангелии не было прямого указания на то, что пророков истинных надо отличать от пророков ложных по их делам, то есть по практике. Поэтому не будем иронизировать по поводу ошибочных научных идей пятидесятых годов. Именно в эти годы был предложен алгоритмический язык FORTRAN, получивший впоследствии ироническое название «бессмертный». Уже начинает создаваться программное обеспечение в виде достаточно внушительных библиотек стандартных подпрограмм.
Много воды утекло с тех пор, и сейчас можно по-разному рассуждать о технологических направлениях полувековой давности и имели ли они тот или иной успех. Однако очевидно одно: за эти пятьдесят с лишним лет компьютерная индустрия, а вместе с ней и рассматриваемые в данной работе компьютерные системы (КС) претерпели множество количественных и качественных изменений. Мы же, собственно, попытаемся в некоторой степени проследить путь эволюции и выявить наиболее важные закономерности в развитии этих систем, опираясь как можно больше на нынешнее положение дел в данной отрасли.
Основная часть
В основе функциональной организации ЭВМ всех поколений лежит общий принцип программного управления (в пятидесятые годы теоретически предлагается принцип микропрограммного управления, практическая реализация которого приходится на следующее десятилетие; обычно этот фундаментальный принцип организации подсистемы управления ЭВМ связывают с работами Уилкса (Wilkes M.V.), выполненными в 1951 году) и двоичного представления информации. Реализация программного управления достигается различными структурными схемами, отличающимися функциональными свойствами и производительностью. Эти принципы, разработанные очень давно, еще до появления, если так можно выразиться, первых достаточно полноценных компьютеров, определили весь последующий облик компьютерных систем. Следование этим принципам позволяет создать универсальные и по возможности более простые аппаратные (как впрочем и программные) средства обеспечения вычислительных машин.
В основе развития КС, естественно, лежит развитие технологий (прежде всего касающихся аппаратной части), на которых эта самые КС строятся. Здесь можно выделить несколько основных направлений, которые прослеживались до настоящего времени и, очевидно, будут прослеживаться и в обозримом будущем. Во-первых, это повышение степени интеграции элементарных элементов (как то: транзисторы в чипах, ячейки в магнитных и оптических носителях информации и т.д.), и, вследствие, все большая производительность при все меньших размерах. Во-вторых, это увеличение пропускной способности разнообразных информационных каналов, применяемых в отдельных компьютерах и системах той или иной сложности. Данные факты, конечно, очевидны, но для полноты картины их все же стоит обозначить.
Более интересной закономерностью является так называемая преемственность технологий. Она заключается в постепенном вырождении данной реализации определенной технологии вследствие ее морального износа и последующим появлением ее же (технологии) снова на более качественно высоком уровне. То есть, говоря проще, имеет место так называемое развитие по спирали – мы ходим по кругу, но с каждым оборотом оказываясь все выше. Безусловно, не абсолютно все подчиняется данному закону (например, отголоски перфокарт вряд ли когда-либо еще появятся), но в IT-индустрии, да и вообще в технике существует множество подобных примеров. Возьмем, например, магнитные ленты. В 80-х годах прошедшего века компьютерная пресса вовсю трубила о скорой их кончине, так как их вроде бы должны заменить дисковые накопители как более миниатюрные и удобные в использовании (тогда, кстати, и появились оптические и магнитооптические носители). Действительно, сейчас стримеры в большинстве компьютеров найти не так-то легко, но у крупных организаций (прежде всего государственных и, в частности, военных) другого выбора все равно (пока..?) нет. Если учесть, что объемы информации стремительно возрастают (в сотни раз за последнее десятилетие), то нетрудно понять, что существующие дисковые накопители оставляют желать лучшего в плане емкости, надежности и не в последнюю очередь стоимости в расчете на мегабайт. А ленты по-прежнему являются самыми емкими (емкость лент уже иногда исчисляется терабайтами) и очень дешевыми носителями, которые, пережив некоторый кратковременный застой (впрочем, а был ли он вообще?), снова живут и здравствуют. Но уже в иной области и в несколько ином виде. Или рассмотрим технологию оптических дисков. Первым подобным известным продуктом, живущим (и пока что неплохо…) и в наши дни, является CD. Который затем трансформировался в DVD. Но уже сейчас емкость DVD является предельно-недостаточной, причем вроде бы дальнейшее развитие DVD представляется непростым. Означает ли это, что оптическая технология исчерпала себя? Вовсе нет. Компания Constellation 3D, например, пытаясь найти соответствующее решение, разработала действующие образцы многослойных (не один десяток; для сравнения: у CD один, у DVD два слоя, и дальнейшее увеличение их количества традиционными методами связано с проблемами затухания луча при прохождении его через верхние слои) FMD-носителей, основанных на способности некоторых материалов флуоресцировать под воздействием света определенной длины волны.
А вот более близкий к пониманию пример. Известно, что с момента появления первых РС процессор с материнской платой соприкасался большей стороной (устанавливался в Socket’овый разъем). Где-то в 1996 году Intel решила оснастить очередной процессор новым интерфейсом, при котором CPU бы вставлялся в слот подобно, скажем, памяти. Однако данное решение за несколько лет эксплуатации обнаружило ряд недостатков, и одним из главных была повышенная стоимость. Поэтому, начиная с 2000-го г., компания свернула производство слотовых процессоров, вернувшись к уже обкатанному варианту. Хотя сначала казалось, что socket – вчерашний день.
Еще один интересный момент заключается в скорости развития технологий. Закономерность в этой области еще очень давно, в 60-х годах, сформулировал Г. Мур (Moore): производительность элементов КС удваивается каждые полтора года. Этот закон актуален и поныне, хотя стоило бы уже говорить о годовом периоде. Например, производители графических чипов взяли за правило хорошего тона выпускать новый GPU каждые полгода, а плотность записи на HDD c конца прошлого года увеличилась с 10 до уже почти 20 GB на сторону. Есть мнение, что даже 9 месяцев, но, по-моему, это уже слишком. То есть мы имеем дело не только с прогрессивным развитием, но и с его ускорением. Причем ускорение видно также и во внедрении новых технологий в жизнь, а не только в их совершенствовании (сравните время разработки плазменных панелей с историей LCD-дисплеев, которые известны были еще во времена холодной войны).
Заключение
Какие же выводы можно сделать из всего, что было сказано выше, что нас ждет в обозримом будущем? Во-первых, это снижение стоимости компьютеров массового потребления, что позволит им стать такими же обыденными предметами, как радио- и телевещание. Таким образом, главная черта будущих РС – это не гигагерцы и терабайты, а доступность и распространенность. Хотя без них тоже никуда не уйдешь, и наращивание мощности будет происходить очень быстро (как мы сказали, примерно в два раза каждый год, причем процесс все ускоряется), что позволит использовать естественные человеку методы взаимодействия с машиной. Во-вторых, это все большее распространение интернета и вообще сетевых технологий, создание единого информационного пространства.
Если же делать прогноз на более отдаленное время, то, помимо всего прочего, нельзя не сказать, что IT-индустрия уже подходит к очередному технологическому барьеру: в том смысле, что дальнейшее наращивание мощностей существующими методами станет нерентабельно либо вообще невозможно. Например, если повышать производительность чипа, то придется увеличивать степень интеграции, и когда-нибудь наступит такой момент, когда начнут сказываться размеры отдельных атомов применяемых материалов. То же и с магнитными носителями – увеличивать плотность записи на современные HDD можно не до бесконечности. По мнению западных аналитиков, этот момент может наступить уже к концу текущего десятилетия. Поэтому различными компаниями ведутся исследования в области создания транзисторов на принципиально иных материалах и применения оптических технологий для хранения информации. Таким образом, человечество, возможно, стоит у порога очередной технологической революции.
Если она произойдет, то, возможно, эволюция пойдет с еще более впечатляющими эффектами. Со временем компьютеры станут изготавливаться из других материалов, возможно, они станут квазибиологическими или бог весть еще какими и, безусловно, очень маленькими; возможно, они обзаведутся мощным интеллектом. А возможно, все будет иначе. Ведь развитие никогда не бывает прямолинейным, и его нельзя предугадать, да и вообще делать прогнозы на будущее – дело неблагодарное.
В любом случае, как мне кажется, эволюция компьютерных систем пока еще находится на зачаточном этапе. То, что мы имеем сейчас, только начало. Если предположить, что 21-й век станет веком информационных технологий, то 20-й являлся всего лишь предпосылкой к их появлению. Однако не будем конкретизировать по поводу того, что они смогут дать людям. Ведь недаром на дверях Intel написано: "It is a way to..." Вместо многоточия каждый может поставить то, что ему больше нравится, что он видит. Путь именно "в...", а вовсе не к бескрайним просторам интернета. Главное только, чтоб этот путь не привел человечество к плачевным последствиям…
Зав. кафедрой
профессор, д.т.н.________Ключко В.И.
ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование
Студенту: 01-КТ-21 группы 1 курса
факультета КТАС
специальности 2204
Воловикову О.П.
(ф.и.о. шифр)
Тема проекта: «Основные закономерности развития компьютерных систем»
Содержание задания: выявить основные тенденции и закономерности развития компьютерных систем (на основе их современного состояния)
Объем работы:
пояснительная записка к проекту: 23 листа формата А4
Рекомендуемая литература: Частиков А. П. История компьютера
Срок выполнения проекта: с "___"_________ по "___"________2001 г.
Срок защиты: "___"________2001 г.
Дата выдачи задания: "___"________2001 г.
Дата сдачи проекта на кафедру: "___"________2001 г.
Руководитель проекта: профессор, к.т.н., Частиков А.П.
Задание принял студент
(подпись, дата)
РЕФЕРАТ
«Основные закономерности развития компьютерных систем»
Автор: студент группы 01-КТ-21 Воловиков О.П.
Научный руководитель: профессор, к.т.н., Частиков А.П.
Объем работы: 23 л.
Кол-во иллюстраций: 1
Кол-во таблиц: 0
Кол-во источников: 5
Перечень ключевых слов: «компьютерные системы», «развитие компьютеров», «закономерность», «эволюция», «история», «тенденции», «аппаратные средства»
Основные характеристики работы:
Данная работа представляет собой результат небольшой исследовательской деятельности, целью которой является выявление основных закономерностей и тенденций, прослеживающихся в процессе более чем пятидесятилетнего развития компьютерных систем.
В процессе написания реферата использовались научно-популярные исследования (опубликованные в некоторых компьютерных журналах и web-изданиях) различных специалистов в области информационных технологий, а также данные, взятые из собственного опыта автора, причем упор делался на современное состояние рассматриваемой области. Приведенные утверждения иллюстрируются достаточным количеством ярких и понятных примеров.
Необходимо также отметить, что выявленные закономерности и тенденции не подтверждаются математическими выводами или какими-либо теориями, но их истинность основывается на многолетнем опыте развития информационных технологий, а также подтверждается аналитическими работами многих независимых исследователей.
СОДЕРЖАНИЕ
| 1 Введение
2 Основная часть
2.1 Наследование основных принципов организации
2.2 Вещественно-энергетическая и информационная целостность
2.3 Повышение функциональной и структурной целостности КС
2.4 Наследование основных функций развивающихся систем
2.5 Адекватность функционально-структурной организации назначению системы
2.6 Взаимосвязь показателей качества компьютерных систем
2.7 Относительное и временное разрешение противоречий в КС
2.8 Аппаратные и программные решения
2.9 Совершенствование технологий создания КС, а также их преемственность
2.10 Падение стоимости на компьютеры
2.11 Будущие направления развития функций, реализуемых КС
3 Заключение
4 Список использованных источников
| 5 7 7 7 8 8 9 9 11 12 14 15 16 22 23 |
1 Введение
Первые вычислительные машины, разработанные к началу пятидесятых годов, получили название ЭВМ первого поколения. (Классификация по поколениям в основном относилась к технологии производства компонентов. Первое поколение - электронные лампы, второе - транзисторы, третье - микросхемы.) Тогда же формируются два основных направления в архитектуре цифровых вычислительных машин — мэйнфреймы (mainframes) и мини-ЭВМ. Последние появились в 1955–1956 гг. В числе фирм, которые сосредоточили свои усилия в этой области, можно выделить Burroughs (компьютер E-101), Bendix (G-15), Librascope (LGP-30). Принципиальным отличием первого поколения малых ЭВМ от современных «персоналок» является фиксированная конфигурация аппаратных средств. Управление внешними устройствами было централизованным, и подключить какое-либо новое оборудование было невозможно. Неудобство такого подхода очевидно, и в более поздних модификациях G-15 этот недостаток был устранен. Память на магнитном барабане не допускала расширения, и пользователь получал в свое распоряжение следующий ресурс: 220 12-разрядных десятичных слов у E-101; 2176 29-разрядных двоичных слов у G-15; 4096 32-разрядных двоичных слов у LGP-30. Из приведенных характеристик видно, что байтовый формат данных в пятидесятые годы еще не стал стандартом. Система команд LGP-30 включала в себя 16 команд, G-15 предоставляла программисту большие возможности (более 100 команд). Программирование зачастую велось непосредственно в машинных кодах.
Однако, говоря о вычислительной технике тех времен, необходимо вспомнить и о другом, совершенно не похожем на современные компьютеры принципе построения ЭВМ — аналоговом или аналого-цифровом. Средства вычислительной техники, использовавшиеся тогда в составе систем автоматики, были исключительно аналоговыми. Близость этих научных направлений усиливалась еще и тем, что проектирование аналоговых вычислительных машин опиралось на ту же теоретическую базу, что и проектирование систем управления. Устойчивость системы автоматического управления и сходимость вычислительного процесса в аналоговой машине были весьма схожи по своему описанию. Хотя сегодня аналоговая вычислительная техника как разновидность компьютеров и не существует, но методы решения задач, накопленные за достаточно длинную историю существования этих вычислительных машин, используются в оборудовании, основанном на применении процессоров цифровой обработки сигналов (ЦОС). Развитие же цифровых вычислительных машин, которые со временем получили славное имя компьютеры, начиная с пятидесятых годов неразрывно связано с разработкой программного обеспечения.
В данный исторический период существовали программисты, рассматривавшие средства автоматизации своего труда как инструмент для ленивых, портящий качество продукции — то есть прикладной программы. Нужно сказать, что в то время эти утверждения действительно подтверждались практикой, которая, как известно, является критерием истины. Так же, как аналоговые машины по многим показателям превосходили цифровые, так и программы, написанные непосредственно в машинных кодах, оказывались короче, чем результат трансляции программ, подготовленных с использованием алгоритмических языков. Таким образом, правильный путь в те годы определяла не практическая сметка, а способность предугадать прогресс в смежных областях. В духе времени можно было бы даже поставить марксистскую концепцию о роли практики в иронические кавычки, если бы и в Евангелии не было прямого указания на то, что пророков истинных надо отличать от пророков ложных по их делам, то есть по практике. Поэтому не будем иронизировать по поводу ошибочных научных идей пятидесятых годов. Именно в эти годы был предложен алгоритмический язык FORTRAN, получивший впоследствии ироническое название «бессмертный». Уже начинает создаваться программное обеспечение в виде достаточно внушительных библиотек стандартных подпрограмм.
Много воды утекло с тех пор, и сейчас можно по-разному рассуждать о технологических направлениях полувековой давности и имели ли они тот или иной успех. Однако очевидно одно: за эти пятьдесят с лишним лет компьютерная индустрия, а вместе с ней и рассматриваемые в данной работе компьютерные системы (КС) претерпели множество количественных и качественных изменений. Мы же, собственно, попытаемся в некоторой степени проследить путь эволюции и выявить наиболее важные закономерности в развитии этих систем, опираясь как можно больше на нынешнее положение дел в данной отрасли.
Основная часть
Наследование основных принципов организации
В основе функциональной организации ЭВМ всех поколений лежит общий принцип программного управления (в пятидесятые годы теоретически предлагается принцип микропрограммного управления, практическая реализация которого приходится на следующее десятилетие; обычно этот фундаментальный принцип организации подсистемы управления ЭВМ связывают с работами Уилкса (Wilkes M.V.), выполненными в 1951 году) и двоичного представления информации. Реализация программного управления достигается различными структурными схемами, отличающимися функциональными свойствами и производительностью. Эти принципы, разработанные очень давно, еще до появления, если так можно выразиться, первых достаточно полноценных компьютеров, определили весь последующий облик компьютерных систем. Следование этим принципам позволяет создать универсальные и по возможности более простые аппаратные (как впрочем и программные) средства обеспечения вычислительных машин.
Дата: 2019-05-28, просмотров: 260.
